本文關(guān)鍵詞：雙三電平PWM變頻器低開關(guān)頻率關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：中壓大功率變頻器的環(huán)保節(jié)能主要體現(xiàn)為對(duì)負(fù)載及電網(wǎng)的諧波污染小，能量變換效率高。當(dāng)功率器件工作電壓升高、功率增大，其開關(guān)損耗大幅增加，且成為變頻裝置主要損耗來(lái)源。為降低開關(guān)損耗，需降低功率器件開關(guān)頻率(≤500Hz)，但會(huì)對(duì)變頻器控制系統(tǒng)、調(diào)制算法等造成影響。本文以二極管鉗位型雙三電平大功率PWM變頻器為例，對(duì)其展開在低開關(guān)頻率下的系統(tǒng)建模、調(diào)制算法及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的研究。 對(duì)低開關(guān)頻率下的三電平PWM電壓源型整流器進(jìn)行復(fù)矢量建模，理論分析低開關(guān)頻率影響整流器性能的本質(zhì)原因；設(shè)計(jì)復(fù)矢量電流調(diào)節(jié)器，基于現(xiàn)代控制理論工具驗(yàn)證其穩(wěn)定性及有效性。首次對(duì)三電平PWM環(huán)節(jié)輸出諧波進(jìn)行二重傅里葉解析分析，為改善低開關(guān)頻率下PWM環(huán)節(jié)的輸出性能提供理論基礎(chǔ)；在此基礎(chǔ)上研究將不對(duì)稱規(guī)則采樣與空間矢量脈寬調(diào)制相結(jié)合的不對(duì)稱空間矢量脈寬調(diào)制算法(asymmetric space vector modulation,ASVM)及其改進(jìn)方案。 為使低開關(guān)頻率下的并網(wǎng)電流滿足入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，研究一種模型預(yù)測(cè)控制(modelpredictive control, MPC)與滑動(dòng)傅里葉(sliding discrete fourier transform, sDFT)相結(jié)合的三電平PWM脈沖模式。首先，采用sDFT提取網(wǎng)側(cè)電流的基波和各諧波幅值，并將其作為MPC目標(biāo)函數(shù)的一部分，同時(shí)考慮盡量降低開關(guān)頻率和減少中點(diǎn)電位偏差；然后通過(guò)滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化實(shí)現(xiàn)諧波降低、器件開關(guān)頻率較低和中點(diǎn)電位平衡。該脈沖模式控制方式具有類似特定諧波消除(selective harmonicelimination, SHE)特性，但能實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。為進(jìn)一步簡(jiǎn)化算法，基于參考坐標(biāo)系將三電平矢量調(diào)制降階至兩電平，更易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)。 考慮三電平逆變器帶電勵(lì)磁同步電機(jī)負(fù)載，首先為簡(jiǎn)化凸極電勵(lì)磁同步電機(jī)模型、考慮轉(zhuǎn)子不對(duì)稱性，提出基于復(fù)矢量與矩陣相結(jié)合的復(fù)矩陣建模方法。針對(duì)低開關(guān)頻率造成的電機(jī)定子側(cè)電流諧波成分大，常規(guī)濾波器在提取基波分量易造成相位滯后、幅值衰減等問(wèn)題，從經(jīng)典控制理論入手、結(jié)合電機(jī)復(fù)矩陣模型，提出電機(jī)電流內(nèi)環(huán)的基波觀測(cè)器及復(fù)矢量調(diào)節(jié)的控制策略，實(shí)現(xiàn)低開關(guān)頻率下定子電流磁化分量與轉(zhuǎn)矩分量的有效控制。 本文針對(duì)低開關(guān)頻率下的分段調(diào)制方法，首次根據(jù)PWM諧波輸出的二重傅里葉解析結(jié)果推導(dǎo)其分段調(diào)制分界點(diǎn)。針對(duì)常規(guī)同步對(duì)稱優(yōu)化PWM算法只能離線計(jì)算、動(dòng)態(tài)性能不佳的缺陷，將滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化與SHEPWM相結(jié)合的模型預(yù)測(cè)控制優(yōu)化PWM脈沖模式移植至電勵(lì)磁同步電機(jī)。在研究SHEPWM穩(wěn)態(tài)開關(guān)角規(guī)律基礎(chǔ)上，以定子磁鏈為跟蹤目標(biāo)，將磁鏈跟蹤誤差轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)時(shí)域內(nèi)的伏-秒值以實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)角的動(dòng)態(tài)調(diào)整，解決優(yōu)化PWM算法在動(dòng)態(tài)調(diào)用時(shí)可能會(huì)引起的開關(guān)角錯(cuò)亂、裝置過(guò)流以致無(wú)法正常運(yùn)行等問(wèn)題。 為進(jìn)一步提高雙三電平PWM變頻器系統(tǒng)運(yùn)行性能，針對(duì)低調(diào)制度區(qū)采用的SVPWM調(diào)制算法，研究一種基于橋臂優(yōu)化選取的中點(diǎn)電位控制方法，只需判斷中點(diǎn)電位差、無(wú)需引入輸出側(cè)電流，，從而避免低開關(guān)頻率下電流畸變嚴(yán)重對(duì)中點(diǎn)電流極性判斷的影響。針對(duì)非理想電網(wǎng)環(huán)境，研究一種能同時(shí)適用于單相和三相并網(wǎng)系統(tǒng)的基于SHE鑒相的新型鎖相環(huán)(SHE-phase locked loop, SHE-PLL)技術(shù)；與常規(guī)PLL相比，該SHE-PLL具有良好跟蹤性能的同時(shí)較易數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。文末簡(jiǎn)單給出電網(wǎng)不平衡下三電平整流器在低開關(guān)頻率下的控制策略。最后，搭建相應(yīng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成本文研究?jī)?nèi)容的相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
[Abstract]:The environmental protection energy - saving of medium - voltage high - power frequency converter is mainly embodied in the small harmonic pollution to load and power grid and high energy conversion efficiency . When the operating voltage of the power device is increased , the power is increased , the switching loss of the power device is greatly increased , and it becomes the main loss source of the frequency conversion device . In order to reduce the switching loss , the switching frequency of the power device is reduced ( 鈮

本文編號(hào)：1386996